Strong along-arc variations in attenuation in the mantle wedge beneath Costa Rica and Nicaragua

Abstract

La estructura de atenuación en la zona de subducción de Centroamérica se visualizó utilizando eventos locales registrados por el conjunto Tomography Under Costa Rica and Nicaragua, un despliegue de 20 meses (julio de 2004 a marzo de 2006) de 48 sismómetros que abarcaron las regiones de antearco, arco y trasarco de Nicaragua y Costa Rica. Las formas de onda P y S se invirtieron por separado para la frecuencia de esquina y el momento de cada evento y para el operador de atenuación promediado por trayectoria (t*) de cada par evento-estación, asumiendo que la atenuación depende ligeramente de la frecuencia (/ = 0,27). Luego, se realizaron inversiones tomográficas para la atenuación S y P (QS1 y QP1). Dado que las amplitudes de la onda P reflejan tanto el módulo de cizallamiento como el de volumen, también se realizaron inversiones tomográficas para determinar la atenuación de cizallamiento y volumen (QS1 y Qk1), la pérdida de energía por ciclo debido al cizallamiento y la compresión uniforme, respectivamente. El amortiguamiento y otros parámetros tomográficos de inversión se variaron sistemáticamente. Como es típico en los estudios de atenuación de la zona de subducción, se obtuvieron imágenes de una losa, placa superior y esquina de cuña menos atenuantes y una cuña del manto más atenuante. Además, se observaron diferencias de primer orden entre los mantos debajo de Nicaragua y Costa Rica. La losa en Nicaragua es más atenuante que la losa en Costa Rica. Una zona más grande de mayor atenuación por cizalladura también caracteriza la cuña del manto nicaragüense. Dentro de la cuña, los valores máximos de atenuación a 1 Hz corresponden a Qs = 38-73 debajo de Nicaragua y Qs = 62-84 debajo de Costa Rica, y los valores promedio son Qs = 76-78 y Qs = 84-88, respectivamente. Las variaciones de atenuación se correlacionan con las tendencias a lo largo del arco en los indicadores geoquímicos que sugieren que la fusión debajo de Nicaragua ocurre en condiciones más hidratadas, y posiblemente a mayores extensiones y profundidades, en relación con el norte de Costa Rica.

Attenuation structure in the Central American subduction zone was imaged using local events recorded by the Tomography Under Costa Rica and Nicaragua array, a 20-month-long deployment (July 2004 until March 2006) of 48 seismometers that spanned the fore-arc, arc, and back-arc regions of Nicaragua and Costa Rica. P and S waveforms were inverted separately for the corner frequency and moment of each event and for the path-averaged attenuation operator (t*) of each event-station pair, assuming attenuation is slightly frequency-dependent (/ = 0.27). Then, tomographic inversions were performed for S and P attenuation (QS1 and QP1). Since P wave amplitudes reflect both shear and the bulk moduli, tomographic inversions were also performed to determine shear and bulk attenuation (QS1 and Qk1), the loss of energy per cycle owing to shearing and uniform compression, respectively. Damping and other inversion tomographic parameters were systematically varied. As is typical in subduction zone attenuation studies, a less attenuating slab, upper plate, and wedge corner and a more attenuating mantle wedge were imaged. In addition, first-order differences between the mantles beneath Nicaragua and Costa Rica were observed. The slab in Nicaragua is more attenuating than the slab in Costa Rica. A larger zone of higher shear attenuation also characterizes the Nicaraguan mantle wedge. Within the wedge, maximum attenuation values at 1 Hz correspond to Qs = 38–73 beneath Nicaragua and Qs = 62–84 beneath Costa Rica, and average values are Qs = 76–78 and Qs = 84–88, respectively. Attenuation variations correlate with alongarc trends in geochemical indicators that suggest that melting beneath Nicaragua occurs at more hydrated conditions, and possibly to greater extents and depths, relative to northern Costa Rica.